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SMT生产线设备回流焊功能先容

发布时间:2021-11-17 09:05:37

SMT回流焊

 凯泰回流焊

基本工艺:

      热风回流焊过程中,焊膏需经过以下几个阶段,溶剂挥发;焊剂清除焊件表面的氧化物;焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。    

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工艺分区:


一、预热区

      目的: 使PCB和元器件预热 ,达到平衡,同时除去焊膏中的水份 、溶剂,以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较

缓慢,溶剂挥发。较温和,对元器件的热冲击尽可能小,升温过快会造成对元器件的伤害,如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅,使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。

二、保温区

      目的:保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥,同时还起着焊剂活化的作用,清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60~120秒,根据焊料的性质有所差异。

二、再流焊区

       目的:焊膏中的焊料使金粉开始熔化,再次呈流动状态,替代液态焊剂润湿 焊盘和元器件,这种润湿作用导致焊料进一步扩展,对大多数焊料润湿时间为60~90秒。再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度,一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区,即熔融区和再流区。

四、冷却区  

焊料随温度的降低而凝固,使元器件与焊膏形成良好的电接触,冷却速度要求同预热速度相同。


影响焊接性能的各种因素:

一、工艺因素

焊接前处理方式,处理的类型,方法,厚度,层数。处理后到焊接的时间内是否加热,剪切或经过其他的加工方式。


二、焊接工艺的设计

焊区:指尺寸,间隙,焊点间隙导带(布线):形状,导热性,热容量被焊接物:指焊接方向,位置,压力,粘合状态等

三、焊接条件

指焊接温度与时间,预热条件,加热,冷却速度焊接加热的方式,热源的载体的形式(波长,导热速度等)

四、焊接材料


焊剂:成分,浓度,活性度,熔点。

沸点等焊料:成分,组织,不纯物含量,熔点等。

母材:母材的组成,组织,导热性能等焊膏的粘度,比重,触变性能基板的材料,种类,包层金属等。


几种焊接缺陷及其解决措施

回流焊中的锡球-回流焊中锡球形成的机理


      回流焊接中出的锡球,常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中,焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间,随着印制板穿过回流焊炉,焊膏熔化变成液体,如果与焊盘和器件引脚等润湿不良,液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分,所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出,形成锡球。因此,焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因。


原因分析与控制方法

以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施: 


a) 回流温度曲线设置不当。焊膏的回流是温度与时间的函数,如果未到达足够的温度或时间,焊膏就不会回流。预热区温度上升速度过快,达到平顶温度的时间过短,使焊膏内部的水分、溶剂未完全挥发出来,到达回流焊温区时,引起水分、溶剂沸腾,溅出焊锡球。实践证明,将预热区温度的上升速度控制在1~4°C/s是较理想的。

b) 如果总在同一位置上出现焊球,就有必要检查金属板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求,对于焊盘大小偏大,以及表面材质较软(如铜模板),造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰,互相桥连,这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时,回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此,应针对焊盘图形的不同形状和中心距,选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。 

c) 如果在贴片至回流焊的时间过长,则因焊膏中焊料粒子的氧化,焊剂变质、活性降低,会导致焊膏不回流,焊球则会产生。选用工作寿命长一些的焊膏(至少4小时),则会减轻这种影响。

d) 另外,焊膏印错的印制板清洗不充分,使焊膏残留于印制板表面及通孔中。回流焊之前,被贴放的元器件重新对准、贴放,使漏印焊膏变形。这些也是造成焊球的原因。因此应加强操编辑和工艺人员在生产过程的责任心,严格遵照工艺要求和操作规程行生产,加强工艺过程的质量控制。


立片问题(曼哈顿现象)

回流焊中立片形成的机理

矩形片式元件的一端焊接在焊盘上,而另一端则翘立,这种现象就称为曼哈顿现象。引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀,焊膏熔化有先后所致。


如何造成元件两端热不均匀:

a) 有缺陷的元件排列方向设计。大家设想在   39再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线,一旦焊膏通过它就会马上熔化。片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线, 焊膏先熔化,完全浸润元件的金属表面,具有液态表面张力;而另一端未达到183°C液相温度,焊膏未熔化,只有焊剂的粘接力,该力远小于再流焊焊膏的表面张力,因而,使未熔化端的元件端头向上直立。因此,保持元件两端同时进入再流焊限线,使两端焊盘上 的焊膏同时熔化,形成均衡的液态表面张力,保持元件位置不变。 


b)在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分。

汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时,释放出热量而熔化焊膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区,在饱和蒸汽区焊接温度 高达217°C,在生产过程中大家发现,如果被焊组件预热不充分,经受一百多度的温差变化,汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起,从而产生立片现象。大家通过将被焊组件在高低箱内以145°C-150°C的温度预热1-2分钟,然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右,最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片现象。 

c) 焊盘设计质量的影响。

若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称,也会引起漏印的焊膏量不一致,小焊盘对温度响应快,其上的焊膏易熔化,大焊盘则相反,所以,当小焊盘上的焊膏熔化后,在焊膏表面张力作用下,将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大,也都可能出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。


细间距引脚桥接问题

导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有:

 a)  漏印的焊膏成型不佳;

 b)  印制板上有缺陷的细间距引线制作;

 c)  不恰当的回流焊温度曲线设置等。

    因而,应从模板的制作、丝印工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手,尽可能避免桥接隐患。


回流焊接缺陷分析:

问题及原因

1、吹孔   BLOWHOLES焊点中(SOLDER JOINT)所出现的孔洞,大者称为吹孔,小者叫做针孔,皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。

对策:?调整预热温度,以赶走过多的溶剂。?调整锡膏粘度。 ?提高锡膏中金属含量百分比。


2、空洞VOIDS是指焊点中的氧体在硬化前未及时逸出所致,将使得焊点的强度不足,将衍生而致破裂。

       对策:?调整预热使尽量赶走锡膏中的氧体。?增加锡膏的粘度。?增加锡膏中金属含量百分比。


3、零件移位及偏斜    MOVEMENT AND MISALIGNNENT  造成零件焊后移位的原因可能有:锡膏印不准、厚度不均、零件放置不当、热传不均、焊垫或接脚之焊锡性不良,助焊剂活性不足,焊垫比接脚大的太多等,情况较严重时甚至会形成碑立。(TOMBSTONING 或 MAMBATHAN EFFECT,或 DRAWBRIGING),尤以质轻的小零件为甚。

对策:?改进零件的精准度。 ?改进零件放置的精准度。 ?调整预热及熔焊的参数。 ?改进零件或板子的焊锡性。 ?增强锡膏中助焊剂的活性。 ?改进零件及与焊垫之间的尺寸比例。 ?不可使焊垫太大。


4、缩锡DEWETTING 零件脚或焊垫的焊锡性不佳。

对策:?改进电路板及零件之焊锡性。 ?增强锡膏中助焊剂之活性。  


5、焊点灰暗DULL  JINT可能有金属杂质污染或给锡成份不在共熔点,或冷却太慢,使得表面不亮。  

对策:?防止焊后装配板在冷却中发生震动。 ?焊后加速板子的冷却率。

 

6、不沾锡   NON-WETTING      接脚或焊垫之焊锡性太差,或助焊剂活性不足,或热量不足所致。

?提高熔焊温度。 ?改进零件及板子的焊锡性。 ?增加助焊剂的活性。


7、焊后断开OPEN常发生于J型接脚与焊垫之间,其主要原因是各脚的共面性不好,以及接脚与焊垫之间的热容量相差太多所致(焊垫比接脚不容易加热及蓄热)。

?改进零件脚之共面性 ?增加印膏厚度,以克服共面性之少许误差。 ?调整预热,以改善接脚与焊垫之间的热差。 ?增加锡膏中助焊剂之活性。 ?减少焊热面积,接近与接脚在受热上的差距。 ?调整熔焊方法。 ?改变合金成份(比如将63/37改成10/90,令其熔融延后,使焊垫也能及时达到所需的热量)


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